基于MPXY8020傳感器的TPMS系統設計分析

　　隨著(zhù)全球汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)的興起和人們對汽車(chē)安全的信息化、智能化的不斷追求，汽車(chē)胎壓監測系統(TPMS)成為繼安全氣囊和ABS之后的又一新興汽車(chē)安全產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。

　　目前出現的TPMS主要分為間接式和直接式。間接式TPMS使用ABS輪胎速度傳感器來(lái)測量每一個(gè)輪胎的轉速，從而判斷輪胎壓力，該系統雖然具有不用電池、耐用性強等優(yōu)點(diǎn)，但準確性、可靠性差。直接式TPMS系統主要用于汽車(chē)行駛時(shí)，能夠適時(shí)地對輪胎氣壓進(jìn)行自動(dòng)監測，對輪胎漏氣造成低胎壓和高溫高胎壓導致爆胎進(jìn)行預警，確保行車(chē)安全，因此逐漸成為市場(chǎng)主流。本文主要介紹基于MPXY8020傳感器的直接式TPMS系統設計，并對直接式TPMS的設計難點(diǎn)進(jìn)行分析。

　　TPMS系統框圖及系統工作原理

　　TPMS系統由數個(gè)發(fā)射模塊和一個(gè)接收模塊組成。圖1為發(fā)射模塊框圖，該發(fā)射模塊安裝在輪胎內，通過(guò)壓力溫度傳感器可以測量該輪胎內氣體的壓力和溫度，發(fā)射端中央處理器負責數據處理，并將發(fā)射機ID號、壓力、溫度等信息組幀后經(jīng)曼徹斯特編碼送到RF發(fā)射電路，最后由RF電路將數據FSK/ASK調制后通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射出去。整個(gè)發(fā)射模塊由一只電池供電。

圖1　發(fā)射模塊

　　圖2為接收模塊框圖，該接收模塊安裝在駕駛室前端可以方便駕駛員看到的位置。RF接收電路通過(guò)接收天線(xiàn)接收發(fā)射模塊的無(wú)線(xiàn)信號，并將接收到的信號解調、解碼后送給接收端中央處理器，中央處理器處理數據后根據ID號將各個(gè)輪胎的壓力/溫度值顯示在顯示器相應的位置上，使駕駛員可以隨時(shí)了解每個(gè)輪胎的壓力溫度信息，確保行車(chē)安全，如輪胎發(fā)生異常時(shí)接收模塊會(huì )自動(dòng)及時(shí)向駕駛員發(fā)出警報。接收模塊可以用車(chē)載電源或電池。

圖2　接收模塊

　　基于MPXY8020傳感器的發(fā)射模塊設計

　　TPMS系統中發(fā)射模塊的設計采用摩托羅拉的MPXY8020和68HC908RF2，前者為電容式壓力和溫度傳感芯片，后者為MCU和RF發(fā)射電路集成芯片。

　　發(fā)射模塊硬件電路設計

　　MPXY8020是專(zhuān)用于TPMS系統的多功能、低功耗的傳感芯片，其內部除了壓力和溫度傳感電路外，還具有內部喚醒功能的數字接口電路，如圖3。8020傳感器與MCU的接口有6個(gè)端口：S1和S2是8020的工作模式控制端口，根據MCU對這2個(gè)端口的邏輯狀態(tài)控制不同，8020可以分別工作在低功耗的待機模式、壓力測量模式、溫度測量模式及測量數據輸出模式；DATA和CLK為軟件控制的串行接口，進(jìn)行測量數據的傳輸；OUT端口為復用端口，8020在待機模式下，可以每3s內部自喚醒并通過(guò)OUT端口以中斷方式喚醒MCU。當8020在測量數據輸出模式時(shí)，OUT作為內部比較器的邏輯狀態(tài)輸出；RST具有52min復位MCU的功能。

圖3　發(fā)射電路

　　值得注意的是，8020傳感器的A/D轉換是逐次逼近型的反饋式轉換器，其原理是8020內部具有8位移位寄存器，MCU通過(guò)8020的DATA和CLK端口首先輸入10000000二進(jìn)制數據，將8位寄存器D/A轉換的模擬量與壓力或溫度的真實(shí)測量值進(jìn)行比較，并判斷OUT端口的狀態(tài)，如果OUT端口為低，說(shuō)明逼近值大于真實(shí)值，此時(shí)可以確定真實(shí)值最高位為0；如果OUT端口為高，說(shuō)明逼近值小于真實(shí)值，此時(shí)可以確定真實(shí)值最高位為1。依次類(lèi)推從高位向低位可以逐次逐位逼近真實(shí)測量值，這樣MCU可以確定最終的壓力和溫度測量值。

　　68HC908RF2內部高性能8位處理器主要負責與傳感器的數據傳輸、數據分析處理及與RF發(fā)射電路的數據傳輸與控制。在圖3發(fā)射電路中，PTA1和PTA2作為輸出端口控制8020的工作模式；PTA3和PTA4作為輸出向8020移位輸入測量逼近值；PTA5是復用端，當MCU讀取傳感器的測量值時(shí)，PTA5通過(guò)OUT獲取比較器的狀態(tài)，當MCU在省電模式時(shí)PTA5作為鍵盤(pán)中斷輸入端口，通過(guò)OUT獲得3s中斷。另外，S1是速度開(kāi)關(guān)，當汽車(chē)運行或停止時(shí)S1開(kāi)關(guān)可以導通或閉合，這樣MCU就可以根據車(chē)輛運行狀態(tài)對程序作有效處理。

　　68HC908RF2內部還集成一個(gè)多頻帶工作的FSK/OOK調制電路，其工作方式由數字控制端(BAND和MODE)的邏輯狀態(tài)決定。BAND為工作頻帶選擇端口，將BAND置高，并選擇晶體振蕩器Y1為13.56MHz，此時(shí)經(jīng)過(guò)32倍頻后產(chǎn)生載波頻率為434MHz的RF信號。MODE為FSK/OOK調制模式選擇端口，將MODE置高，RF電路工作于FSK模式。